设备管理_制药设备与工程设计教材

制药工程教研室 制药设备与工程设计 第七章蒸发 干燥 结晶与膜处理设备 加热蒸汽 生蒸汽 二次蒸汽单效蒸发多效蒸发常压蒸发加压蒸发减压蒸发 概述 蒸发过程 将含有固体溶质的稀溶液加热沸腾进行浓缩 以获得固体产品或制取溶剂 蒸发过程实际上是不挥发性的溶质和挥发性的溶剂分离的过程 蒸发过程的基本概念 概述 蒸发操作是间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程 蒸发器也是一种换热器 蒸发过程的特殊性 1 溶液中含有不挥发性溶质 故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压为低 沸点高 相同条件下 蒸发溶液的传热温差就比蒸发纯溶剂的传热温差小 2 工业规模的蒸发量很大 需要耗用大量的加热蒸汽 应充分利用二次蒸汽 多效蒸发 降低过程的能量消耗 3 溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构 例如 易结垢或析出结晶的溶液 设计上应设法防止或减少垢层的生成 并应使加热面易于清洗 对热敏性 高粘度或强腐蚀性的物料 应设计或选择适宜结构的蒸发器 蒸发器的结构及特点 蒸发装置 循环型蒸发器 循环型和单程型 中央循环管式蒸发器 循环型蒸发器 悬筐式蒸发器 循环型蒸发器 外热式蒸发器 循环型蒸发器 列文式蒸发器 循环型蒸发器 强制循环蒸发器 单程型蒸发器 升膜式蒸发器和降膜式蒸发器 单程型蒸发器 升 降膜式蒸发器 单程型蒸发器 刮板式冷凝器 浸没燃烧式蒸发器 除沫器 冷凝器和真空装置 除沫器 除沫器 冷凝器和真空装置 冷凝器及真空装置 除沫器 冷凝器和真空装置 疏水阀 防止加热蒸汽和冷凝水一起排出加热室外 1 热动力式 2 钟形浮子式 3 脉冲式 1 冷凝水入口 2 冷凝水出口 3 排出管 4 背压室 5 滤网 6 阀片 单效蒸发 主要计算项目 蒸发器的水分蒸发量 传热负荷与加热蒸汽的消耗量 传热温度差 传热系数 传热面积 物料衡算和热量衡算 水分蒸发量 多效蒸发 单效蒸发 1kg水 1kg多生蒸汽二次蒸汽作为加热蒸汽的条件 该蒸发器的操作压力和溶液温度应低于前一蒸发器 抽真空可方便地降低蒸发器的操作压力和溶液温度 多效蒸发可提高生蒸汽的利用率 经济性 即同样数量生蒸汽可蒸发比单效蒸发器更多水 多效蒸发流程 并流加料蒸发流程 优点 后效蒸发室压力较前效低 前效溶液可籍压差流入后效 无需用泵输送 后效溶液沸点较前效低 溶液流入后效时 由于过热而发生自蒸发 闪蒸 可蒸发更多的溶液 缺点 后效溶液浓度较前效大 而沸点又较低 故粘度相对较大 使后效的传热系数较前效为小 在后两效中尤为严重 多效蒸发流程 逆流加料蒸发流程 优点 随着溶液浓度的逐效提高 溶液的温度也不断提高 故各效溶液浓度比较接近 传热系数也大致相同 缺点 效间溶液需用泵输送 能量消耗较大 适用于粘度随温度和浓度变化比较大的溶液 但不适用于热敏性物料的蒸发 多效蒸发流程 平流加料蒸发流程 料液分别加入各效 蒸发后完成液从各效分别排出 各效溶液的流向互相平行 适用于蒸发过程中容易析出结晶的物料 如食盐水在较低浓度下即达到饱和状态而有结晶析出 可避免在各效间输送含有大量结晶的溶液 干燥概述 在制药工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂 湿份 要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份 例如 合成药工业中 在过饱和的有机药物溶液中重结晶 中药制药工业中 中药制剂的颗粒分装除湿方法 机械脱水 沉降或过滤 干燥 加热使湿份汽化 惯用做法 先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉 以降低除湿的成本 干燥方法的分类 根据加热方法可分为传导干燥 对流干燥和辐射干燥 对流干燥过程举例 对流干燥器 空气通过送风机吹入空气预热器 预热后的热空气送入气流干燥管 湿料由螺旋加料器推入干燥器并分散于热气流中 受气流的输送并进行干燥 干燥产品通过旋风分离器从气流中分离出来 湿废气体由引风机抽出排空 1 鼓风机 2 预热器 3 气流干燥管 4 加料斗 5 螺旋加料器 6 旋风分离器 7 卸料阀 8 引风机 生产中最常用的是对流干燥 干燥介质 用来传递热量 载热体 和湿份 载湿体 的介质 由于温差的存在 气体以对流方式向固体物料传热 使湿份汽化 在分压差的作用下 湿份由物料表面向气流主体扩散 并被气流带走 对流干燥过程原理 温度为t 湿份分压为p的湿热气体流过湿物料的表面 物料表面温度ti低于气体温度t 注意 只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压 干燥即可进行 与气体的温度无关 气体预热并不是干燥的充要条件 其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度 达到一定的生产能力 H t q W ti p pi M 干燥是热 质同时传递的过程 干燥过程的基本问题 1 干燥介质用量的确定 2 干燥条件的优化 3 干燥速率的强化 4 干燥方法的合理选择 解决这些问题需要掌握的基本知识有 1 湿分在气固两相间的传递规律 2 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化 3 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征 4 干燥过程中物料衡算关系 热量衡算关系和速率关系 恒速干燥段物料温度恒定在tw X 变化呈直线关系 气体传给物料的热量全部用于湿份汽化 预热段初始湿含量X1和温度 1变为X和tw 物料吸热升温以提高汽化速率 但湿含量变化不大 干燥曲线 物料湿含量X与干燥时间 的关系曲线 干燥曲线和干燥速率曲线 A 湿含量X Xc tw D C B A D C B t X 物料表面温度 干燥时间 预热段 恒速段 降速段 降速干燥段 物料开始升温 X变化减慢 气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化 其余用于物料升温 当X X t 物料的结构和吸湿性 降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异 多孔性物料 湿份主要是藉毛细管作用由内部向表面迁移 非多孔性物料 借助扩散作用向物料表面输送湿份 或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向表面扩散迁移 如肥皂 木材 皮革等 吸湿性物料 与水份的亲合能力大 非吸湿性物料 不同物料的干燥机理不同 湿份内扩散机理不同 干燥速率曲线的形状不同 情况非常复杂 故干燥曲线应由实验的方法测定 影响干燥过程的主要因素 物料尺寸和气固接触方式 减小物料尺寸 干燥面积增大 干燥速率加快 c 干燥介质自下而上穿过物料层 可形成流化床 好 b 干燥介质自上而下穿过物料层 不能形成流化床 中 a 干燥介质平行掠过物料层表面 差 干燥器 干燥器 实现物料干燥过程的机械设备 被干燥物料的特点 形状 有板状 块状 片状 针状 纤维状 粒状 粉状 膏糊状甚至液状等 结构 多孔疏松型 紧密型 耐热性 热敏性 结块 易粘结成块的湿物料在干燥过程中能逐步分散 散粒性很好的湿物料在干燥过程中可能会严重结块 对产品的要求 干燥程度 脱除表面水分 结合水分甚至结晶水分 要求的平均湿含量和干燥均匀性 外观 一定的晶型和光泽 不开裂变形等 由于物料的多样性 年生产能力也有很大差别 故干燥器的形式也很多 按加热方式可将干燥器分为 干燥器的选型应考虑以下因素 1 对流干燥器 如 洞道式干燥器 转筒干燥器 气流干燥器 流化床干燥器 喷雾干燥器等 2 传导干燥器 如 滚筒式干燥器 耙式干燥器 间接加热干燥器等 3 辐射干燥器 如 红外线干燥器 4 介电加热干燥器 如 微波干燥器 1 保证物料的干燥质量 干燥均匀 不发生变质 保持晶形完整 不发生龟裂变形 2 干燥速率快 干燥时间短 单位体积干燥器汽化水分量大 能做到小设备大生产 3 能量消耗低 热效率高 动力消耗低 4 干燥工艺简单 设备投资小 操作稳定 控制灵活 劳动条件好 污染环境小 干燥器 对流干燥器 1 并流干燥 2 逆流干燥 高湿含量物料在进口与高温低湿气体接触 传热传质推动力大 干燥速度很快 低湿含量物料在出口与低温高湿气体接触 推动力小 干燥速度较慢 适用于湿物料能承受强烈干燥而不发生龟裂 变形或表面结硬壳 而干物料又不能耐高温 且产品湿含量较高的情况 3 错流干燥 进口端湿物料与低温高湿的气体接触 出口端干物料与高温低湿的气体接触 各处干燥推动力和干燥速度比较均匀 适用于湿物料不允许强烈干燥 而干物料又可以耐高温 产品湿含量很低的场合 干燥介质垂直穿过物料层 气体进入和流出物料层时 其温度和湿度均有较大变化 要求物料能耐高温 并能承受快速干燥 气流干燥器 气流干燥器的结构与流程 1 空气过滤器2 空气加热器3 加料器4 风机5 干燥管6 旋风分离器7 除尘器 1 干燥速度快 固体物料分散悬浮在气流中 气固两相间具有很大的传热传质面积 热气体进口速度高 20 40m s 气固两相间 尤其是加速段 相对速度很大 平均体积传热系数ha为3000 7000W m3 K 比其它类型干燥器高几倍至几十倍 同等生产能力条件下 气流干燥器的体积小得多 2 气固并流操作 符合干燥基本规律 即在恒速段干燥条件十分强烈 而在降速段内扩散控制时 温和的干燥条件正好与之相适应 可以使用高温气体作为干燥介质而不会烧坏物料 3 干燥时间短 物料从进入干燥器开始 到气固两相脱离接触 整个干燥过程不超过1秒钟 因而气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥 特别适合于热敏性物料的干燥 4 气流干燥器中 固体物料呈活塞流流动 每一颗粒子经历的干燥时间大致相同 因而干燥产品的湿含量均匀一致 5 结构简单 设备投资少 占地面积小 操作方便 性能稳定 维修量小 气流干燥器的特点 1 物料停留时间短 只适合于干燥非结合水分的干燥 故常被用作物料的预干燥 2 颗粒破碎现象比较严重 颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦 故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料 3 气固两相分离任务很重 固体产品的放空损失较大 粉料排空对环境造成一定污染 4 气固两相接触时间短 传热不充分 气体放空损失大 热效率较低 5 气体通过干燥系统的流动阻力较大 因而风机的动力消耗较高 故总能耗较高 气流干燥器的缺点 1 多级气流干燥器 2 脉冲式气流干燥器 3 旋风式气流干燥器 将多台气流干燥串联使用 总管长相同的情况下 加速段增加 且各干燥器可选择合适的气体条件 有利于热能的回收和合理利用 在淀粉 奶粉生产中被广泛采用 脉冲管内气速随管径变化而交替地增大和减小 由于惯性的作用 颗粒运动速度滞后气体 使气固两相的相对速度增加 类似于旋风分离器 但更长 气流携带固体颗粒沿切线方向进入后作螺旋运动 使物料在瞬间得到干燥 适用于允许磨损的热敏性物料 如制药行业 气流干燥器的传热强化 散粒状湿物料从加料口加入 热气体穿过流化床底部的多孔气体分布板 形成许多小气流射入物料层 将操作气速控制在一定范围内时 颗粒物料悬浮在上升的气流中形成沸腾状流化床 料层内颗粒物料的相互碰撞 混合剧烈 气固两相间的传热传质过程得到强化 使物料得以干燥 干燥产品经床侧出料管卸出 湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空 用旋风分离器分离所夹带的少量细微粉 流化床干燥器 又称为沸腾床干燥器 是流态化技术在干燥作业上的应用 结构及操作原理 湿物料 废气 热空气 干品 流化床干燥器 1 气流干燥与流态化干燥的区别在于操作气速不同 气流管中颗粒浓度较低 流化层中颗粒浓度较大 2 操作气速低 但颗粒浓度高 气固接触面积很大 颗粒剧烈运动使气膜受到强烈冲刷 表面更新速率很快 传热传质速率很高 体积传热系数ha可达2300 7000W m3 K 3 物料颗粒的剧烈运动和相互混合使床内各处的温度均匀一致 避免了物料的局部过热 为物料的优质干燥提供了条件 4 物料停留时间任意可调 特别适合于干燥结合水分 5 连续操作时物料的停留时间分布很不均匀 部分物料因停留时间过短而干燥不充分 underdry 部分颗粒因停留时间过长而过分干燥 overdry 工业上常将流化床干燥器与气流干燥器串联使用 利用气流干燥的闪蒸作用 迅速使物料的表面水分汽化 然后送入流化床干燥器中进一步脱除物料所含的结合水分 流化床干燥器 XF系列沸腾干燥器常州优力干燥设备有限公司 流化床干燥器 流化床干燥器适用于散粒状物料的干燥 物料的粒径一般为0 1 6mm 最佳粒径为0 5 3mm 1 医药药品中的原料药 压片颗粒 中药冲剂 2 化工原料中的塑料树脂 柠檬酸和其它粉状 颗粒状物料的干燥除湿 3 食品 粮食加工 食品饮料冲剂 玉米胚芽 饲料等的干燥 流化床干燥器 沸腾制粒干燥器 空气由系统风机从过滤器 加热器入口吸入 经净化 加热后从制粒器下部筛网穿过 高速气流维持粉末物料悬浮 形成稳定的流化床 粘结剂溶液经输液泵压送到喷枪 呈雾状喷射到干燥室中 使粉末凝聚成多孔状颗粒 粒子形成后 按预定周期在干燥器中干燥 含湿空气经干燥器顶部防静电袋滤器脱除粉尘后排至室外 结构及工作原理 沸腾制粒干燥器 沸腾制粒干燥器 沸腾制粒方法是喷雾技术和流化技术综合运用的成果 使传统的混合 制粒 干燥过程在同一密闭容器中一次完成 故又称为 一步制粒器 沸腾制粒干燥器的特点 1 粉末制粒后 改善了流动性 减少了粉尘的飞扬 同时获得了溶解性良好的产品 2 由于混合 制粒 干燥过程一次完成 热效率高 4 产品的粒度能自由调节 5 设备无死角 卸料快速 安全 清洗方便 沸腾制粒干燥器 沸腾制粒干燥器 FLCFLB型沸腾制粒干燥器常州优力干燥设备有限公司 GFG型沸腾制粒干燥器常州优力干燥设备有限公司 沸腾制粒干燥器 振动流化床干燥器 用途 用于干燥难以流化的物料 物料自进料口进入 在振动力作用下 物料沿水平流化床抛掷向前连续运动 热风向上穿过流化床同湿物料换热后 湿空气经旋风分离器除尘后由排风口排出 干燥物料由排料口排出 振动流化床干燥器的特点 1 医药化工 如各种压片颗粒 硼酸 硼砂 苯二酚 苹果酸 马来酸等 2 食品建材 如酒糟 味精 砂糖 食盐 矿渣 豆瓣 种籽等 3 物料的冷却 增湿等 1 物料受热均匀 热交换充分 干燥强度高 比普通干燥器节能30 左右 2 流态化稳定 无死角和吹穿现象 3 可调性好 适应面宽 料层厚度和在机内移动速度以及振幅变更均可实现无级调节 4 对物料表面损伤小 可用于易碎 颗粒不规则物料的干燥 5 全封闭结构可有效防止物料与空气间的交叉污染 振动流化床干燥器的应用范围 振动流化床干燥器 振动流化床干燥器 振动流化床干燥器 ZLG系列振动流化床干燥器常州优力干燥设备有限公司 喷雾干燥器 用于干燥溶液 浆液或悬浮液 液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中 使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品 喷雾干燥器 雾滴直径通常仅为30 60 m 每升料液具有100 600m2的蒸发面积 故所需干燥时间很短 约为5 30s 特别适合于干燥热敏性的物料 如牛奶 蛋制品 血浆 洗衣粉 抗菌素 酵母和染料等 已广泛应用于食品 医药 燃料 塑料及化学肥料等行业 1 滤风罩2 送风机3 加热器4 料槽5 供料泵6 喷枪7 干燥塔8 一级收尘器9 二级收尘器10 引风机11 湿式除尘器 喷雾干燥器 喷雾干燥器 1 滤风罩2 送风机3 加热器4 料槽5 供料泵6 喷枪7 干燥塔8 一级收尘器9 二级收尘器10 引风机11 湿式除尘器 雾化器的一般要求 雾化器是喷雾干燥器的关键部件 它将影响到产品的质量和能量消耗 好的雾化器应具有雾滴直径均匀 喷嘴结构简单 生产能力大 能量消耗低 操作方便等特点 气流式雾化器 压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力 抽送料液由喷嘴成雾状喷出 可制备粒径小于5 m的微细颗粒 能处理粘度较大的料液 但动力消耗较大 装置的生产能力较小 喷雾干燥器 离心式雾化器 料液送入一高速旋转的 4000 20000rpm 装有放射形叶片的圆盘中央 在离心力作用下加速从周边 周向速度100 160m s 呈雾状洒出 优点 操作简单 对物料的适应能力强 操作弹性大 产品粒径均匀 特别适合于处理固相含量较高的液体 缺点 干燥器直径较大 雾化器加工难度大 制造价格高 喷雾干燥器 空气通过加热器转化为热空气进入装置在干燥室顶部的热风分配器 然后均匀地进入干燥室内 并呈螺旋形转动 同时将料液送至干燥室顶部的离心雾化器 将料液喷成极小的雾状液滴 料液和热空气并流接触 水份迅速蒸发 在极短的时间内干燥为粉状 成品经干燥塔底部和旋风分离器排出 废气由风机抽出排空 离心喷雾干燥工作原理及特点 主要特点 干燥速度快 料液经雾化后 比表面积大大增加 在热风气流中瞬间就可蒸发95 98 的水份 干燥时间仅需十几秒到数十秒钟 特别适用于热敏性物料的干燥 所得产品为球状颗粒 粒度均匀 流动性好 溶解性好 产品纯度高 质量好 操作简单 调节控制方便 容易实现自动化作业 生产过程简化 操作环境卫生 无粉尘飞扬 高速离心雾化器 压力式雾化器 应用最为广泛 用泵将料液加压至30 200atm并通入喷嘴 喷嘴内有螺旋室 液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出 优点 结构简单 造价低 动力消耗低 缺点 操作弹性小 产品粒径不均匀 喷嘴容易因腐蚀或磨损而影响喷雾质量 喷雾干燥器 空气经过滤加热 均匀分布后进入干燥塔 要处理的液体物料由泵送入喷嘴 在压缩空气的作用下雾化成微小液滴 扩散在热空气中 进行热交换 快速蒸发掉水分 形成固态物 并由热空气顺流带入回收系统 经过分离后得到干燥产品 湿热空气由风机排入空中 压力喷雾干燥工作原理 直线型并流 对于易粘壁的物料 液滴随气流并行向下 可减少液滴撞向器壁的机会 但停留时间短 干燥器的塔身较高 螺旋形并流 物料停留时间较长 塔身可较低 但离心力作用使液滴甩向器壁的机会增多 逆流 废气从塔顶排出 为了减少未干液滴随废气带出 气体速度不宜过高 故达到一定生产能力的干燥器直径较大 优点 干燥速度快 干燥时间短 特别适合于热敏性物料 由液体直接得到干燥产品 无需蒸发 结晶 固液机械分离等操作 故又称为一步干燥法 缺点 体积传热系数很低 ha约为30 90W m2 K 水分汽化强度仅为10 20kg m3 h 故干燥器体积庞大 热效率较低 动力消耗较大 提高生产能力的方法 采用过热料液 在加压下将料液预热至200 300 进入雾化器 液滴通过吸收自身的显热而使部分水分汽化 喷雾干燥器 食品工业奶粉 咖啡 速溶茶 蛋白质 大豆 花生蛋白质 水解物 玉米浆 玉米淀粉 葡萄糖 果胶 麦芽糖 山梨酸钾等 医药工业中药浸膏 药胶 酵母 维生素 抗生素 淀粉酶 脂肪酶等 洗涤剂高级洗衣粉 普通级洗衣粉 肥皂粉 苏打粉 乳化剂 增白剂等 喷雾干燥器的应用 厢式 室式 干燥器 小型的称为烘箱 大型的称为烘房 可同时处理多种物料 通常在常压或真空下间歇操作 厢内设有支架 湿物料放在矩形浅盘内 或悬挂在支架上 板状物料 空气经加热器预热并均匀分配后 平行掠过物料表面 离开物料表面的湿废气体 部分排空 部分循环 与新鲜空气混合后用作干燥介质 厢式 室式 干燥器 对各种物料的适应性强 但物料得不到分散 气固两相接触不好 干燥时间长 可用多孔底板浅盘 使气体自上而下穿流通过物料层 穿流型厢式干燥器 以提高干燥速率 优点 对物料适应性强 可以用于各种物料的干燥 适用于小规模多品种 干燥条件变动大的场合 缺点 热效率较低 产品质量不易均匀 厢式 室式 干燥器 厢式 室式 干燥器 洞道式干燥器 在一狭长的通道内铺设铁轨 物料放置在一串小车上 小车可以连续地或间歇地在进 出通道 空气连续地在洞道内被加热并强制地流过物料表面 流程可安排成并流或逆流 还可根据需要安排中间加热或废气循环 干燥介质可用热空气和烟道气 洞道式干燥器容积大 小车在洞道内停留时间长 适用于具有一定形状的比较大的物料如木材 皮革或陶器等的干燥 结构及工作原理 洞道式干燥器 带式干燥器 结构及原理 将物料通过布料机构 如星型布料器 摆动带 粉碎机或造粒机 分布在输送带 多为网状 上 输送带通过一个或几个加热单元组成的通道 每个加热单元均配有空气加热和循环系统 每一个通道有一个或几个排湿系统 在输送带通过时 热空气从上往下或从下往上通过输送带上的物料 从而使物料能均匀干燥 传送带可以做成多层 带宽1 3m 长为4 50m 干燥时间为5 120分钟 优点 干燥过程中物料翻动少 对晶体形状保持完好 适用于处理粒状 块状和纤维状物料 缺点 热效率较低 生产能力较小 带式干燥器 带式干燥器 脱水蔬菜 颗粒饲料 味精 鸡精 椰蓉 有机颜料 合成橡胶 丙稀纤维 药品 药材 小木制品 塑料制品 电子元器件老化 固化等 带式干燥器 典型产品 转筒干燥器 结构及工作原理 干燥器主体为一沿轴向装有若干抄板的圆筒 圆筒略呈倾斜放置 在齿轮机构的驱动下作旋转运动 物料由转筒的较高一端送入 由较低端卸出 热风由转筒的较低端吹入 由较高端排出 气固两相呈逆流接触 随着圆筒的旋转 物料首先被炒板抄起然后洒下 以改善气固两相的传热传质 提高干燥速率 物料湿含量较低 产品能承受高温 宜采用逆流干燥 物料湿含量较高 产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥 转筒干燥器 转筒干燥器 转筒干燥器的特点 国内现有转筒干燥器的直径一般为0 5 3m 长度为2 27m 长径比为4 10 物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8 13 物料沿转筒轴向前进的速度为0 01 0 08m s 其停留时间一般为1h左右 1 机械化程度较高 生产能力较大 2 干燥介质通过转筒的阻力较小 3 对物料的适应性较强 操作稳定方便 运行费用较低 4 装置比较笨重 金属耗材多 传动机构复杂 维修量较大 5 设备投资高 占地面积大 转筒干燥器 双锥回转真空干燥机 真空状态下的双锥形回转罐体 由夹套内的蒸汽或热水加热 热量通过罐体内壁与湿物料接触 蒸发水汽由真空泵从排气管抽走 由于罐体内处于真空状态 且罐体的回转使物料不断的上下 内外翻动 提高了干燥速度 干燥效率和干燥的均匀性 结构及工作原理 双锥回转真空干燥机 适用于医药 食品 化工等行业的粉 粒状物料的真空干燥和混合 尤其适用有下列要求的物料 1 不能接受高温的热敏性物料 2 容易氧化 有危险的物料 3 需回收溶剂和有毒气体的物料 4 要求残留挥发物含量极低的物料 5 对结晶形状有要求的物料 6 要求混合充分 均匀的物料 双锥回转真空干燥机 双锥回转真空干燥机 工作原理 经加热 或除湿 的空气以适宜的喷动速度从干燥机底部进入搅拌破碎干燥室 对物料产生强烈的剪切 吹浮 旋转作用 物料受到离心 剪切 碰撞 摩擦而被微粒化 形成较大的比表面积 强化了传质传热 在干燥室底部 较大较湿的颗粒团在搅拌器的作用下被机械破碎 湿含量较低 颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带上升 在上升过程中进一步干燥 并被分级 旋转闪蒸干燥机 旋转闪蒸干燥机 1 空气过滤器2 鼓风机3 加热器4 加料器5 主机6 旋风分离器7 二级收尘器8 引风机9 湿式除尘器 1 干燥器内锥体结构 气流对器壁的冲刷和搅拌器的结构 使其能处理有一定粘性的物料 2 由于干燥时间短 物料与热空气相对速度大且最热空气不与已干物料直接接触 故适用处理热敏性物料 3 干燥过程中物料受到破碎 冲刷 碰撞 表面积增大 强化了干燥 同时最热空气不直接接触已干物料 可以使进风温度高于物料熔点 所以干燥强度高 4 通过干燥塔内设置内置物 旋流片 陶析环或分级器 并与进出风温度的统一协调 可对终水份和成品细度加以有效控制 5 系统在微压下操作 消除操作环境污染 并可根据不同物料采用不同的除尘方式和除尘材质 脉冲袋式除尘器 水浴除尘器 文丘里湿式除尘器等 旋转闪蒸干燥机 旋转闪蒸干燥机 XZG旋转闪蒸干燥机常州优力干燥设备有限公司 结构及工作原理 利用物料中的水份在真空状态下沸点降低的特点进行干燥 设备用蒸汽夹套间接加热 水份受热蒸发并被及时抽除 在干燥机壳体内部 耙齿通过传动轴带动 耙齿端与轴线设计有一定夹角 主轴通过正向反向转动使物料沿轴向移动以利于干燥及出料 耙式真空干燥机 耙式真空干燥机 应用范围 1 特别适用于干燥热敏性物料 在高温下易氧化的物料 或干燥时易板结的物料 以及干燥中排出的蒸汽须回收的物料 2 干燥完毕后物料为粉末状 所以对于成品为粉末状的物料较为适用 干燥完毕后可直接包装 无需粉碎 3 进料含水率可达90 被干燥物料有浆状 膏状 粒状 粉状或纤维状 干燥后物料水份可达1 甚至0 5 特点 1 适用性强 干燥速度快 由于耙式干燥机利用夹套加热 较高真空排气 所以几乎对所有不同性质 不同状态物料都适用 特别适用于易爆 易氧化物料 2 产品质量高 干燥过程耙齿不断正反转动 物料搅抖均匀 3 蒸汽耗量小 4 易于操作 可回收挥发气体 减少了对环境的污染 结晶是从蒸气 溶液或熔融物中析出晶体的过程 由于晶体与气体 液体以及非晶体固体不同 所以晶体有其自身的共同规律和基本特性 结晶 结晶操作的分类 溶液结晶 熔融结晶 升华结晶 反应沉淀及盐析等类型 1 能从杂质含量较多的溶液中获得高纯度的固体产品 2 与蒸馏等单元操作相比 结晶操作过程的能耗较低 一般来讲 结晶热仅为汽化热的1 3 1 7 3 结晶操作可用于高熔点混合物 共沸物以及热敏性物质等难分离物系的分离 结晶操作的特点 溶液结晶过程是涉及溶质由液相转入固相的相际传质过程 而且由于影响晶体成长的因素较多 使问题变得更为复杂 基本概念和操作原理 晶核的生成 晶核的生成机理主要有三种 初级均相成核 初级非均相成核和二次成核 晶体的成长机理可分为两步 1 溶质由溶液主体向晶体表面的扩散过程 其推动力为溶液主体与晶体表面溶质的浓度差 2 溶质在晶体表面以某种方式嵌入空间晶格而组成有规则的结构 并放出结晶热 该过程也称为表面反应过程 晶体的成长 结晶只可能在过饱和溶液中发生 饱和溶液 溶质与溶液共存并处于相平衡状态 其浓度即是该温度下固体溶质在溶剂中的溶解度 平衡浓度 不饱和溶液 浓度饱和浓度的溶液 溶解度与溶液的过饱和度 溶液的过饱和度 同一温度下 过饱和溶液与饱和溶液的浓度差 溶解度与溶液的过饱和度 绝对过饱和度 C 过饱和系数S 相对饱和度 溶液浓度控制在介稳区 晶核不能自发生成 则晶体的数量可由所加入的晶种量控制 可以得到颗粒较大而整齐的晶体 溶液的浓度控制在不稳区 晶核可自发生成 大量的晶核使所得到的结晶产品粒度较小 结晶产品的要求过程的能耗 产品的纯度有一定的要求 并希望晶体有适当的粒度和较窄的粒度分布 结晶操作的一些特点 微观粒子的规则排列可按不同的方向发展 即各晶面可有不同的生长速率 由此可形成不同外形的晶体 同一晶系的晶体在不同结晶条件下可得到外形不同的晶体 晶体的外形 大小和颜色在很大程度上取决于结晶时的条件 如温度变化 溶剂种类 pH值 结晶速率 溶液的过饱和度 少量的杂质或添加剂以及晶体生长时的位置等 例如氯化钠在纯水溶液中的结晶为立方体 但若在溶液中加入少量尿素 则得到的结晶为八面体 又如碘化汞由于结晶温度的不同可以是黄色或红色 对 结晶操作的一些特点 晶体的洗涤 母液中含有各种杂质 若附在晶体上则会影响结晶产品的纯度 常用离心机或过滤机将晶体和母液进行分离 并用适当的溶液对晶体进行洗涤 晶簇 包藏在晶簇中的母液很难用洗涤的方法除去 所以在结晶操作中应尽量避免晶簇的形成 如对溶液进行搅拌 再结晶现象 熟化 Ostwaldripening 小晶体有因表面能过大而被溶解的倾向 在晶体粒度不一且溶液的过饱和度较低的情况下 小的晶体会被溶解 而较大的晶体则会继续成长成外形更加完好的晶体 在工业生产中常利用晶体的再结晶来得到粒度均匀的较大晶体 也称为产品的 熟化 将溶液冷却使其达到过饱和状态 适用于溶解度随温度降低并显著减小的物质 如KNO3 NaNO3 MgSO4和Na2CO3 10H2O等 结晶方法与设备 移除部分溶剂的结晶法 使溶液在常压 沸点温度 或减压 低于正常沸点 下蒸发 溶液由于部分溶剂的汽化而浓缩 从而得到过饱和溶液 适用于溶解度随温度降低但变化不大的物质 如氯化钠 无水硫酸钠等 不移除部分溶剂的结晶法 有些物质的结晶可将以上两种方法结合起来使用 以便更快地使溶液达到过饱和状态 并且可节约操作费用 塔式结晶器 结晶方法与设备 摇篮式结晶器 转筒式结晶器 蒸发式结晶器 真空式结晶器 真空式结晶器 将多孔性固体物料与流体 气体或液体 混合物进行接触 有选择地使流体中的一种或多种组分附着于固体的内外表面 从而达到与其它组分分离的目的 多孔性固体物料称为吸附剂 附着于固体表面的组分称为吸附质 吸附 操作原理 物理吸附 范德华吸附 吸附剂靠固体颗粒的表面力 可以是分子间引力即范德华力 使吸附质分子单层或多层地附着在吸附剂表面 吸附热在数值上与吸附质的冷凝热相当 42 62kJ mol 物理吸附的吸附力较弱 容易脱附 化学吸附 吸附剂与吸附质之间发生了化学反应 吸附是因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成的 吸附所放出的热较物理吸附的吸附热为高 数值上与化学反应热相当 化学吸附的吸附力较强 一般不易脱附 吸附的分类 吸附 1 巨大的吸附面积表面积越大 吸附能力越强 例如硅胶为500m2 g 活性炭为1000m2 g 2 较高的选择性选择性愈高 一次吸附的分离愈完全 例如木炭对SO2和NH3的吸附能力远远大于对空气的吸附能力 故能从空气中吸附分离SO2和NH3 使空气净化 3 一定的机械强度一定的机械强度和耐磨性可防止在运输和操作过程中过多破碎 造成操作中流体通道的阻塞或流体污染 4 适当的物理特性流体阻力较小 流动性较好 适当的堆密度等 5 一定的稳定性具有化学稳定性和热稳定性 以适应较大范围的操作条件 6 价廉易得 工业吸附对吸附剂的要求 1 各种活性土 漂白土 铁钒土和酸性白土等 由天然矿物经硫酸处理活化 再干燥粉碎后制成 其主要成分为硅藻土 多用于植物油或石油产品的脱色 脱硫和干燥等 2 活性氧化铝由含水氧化铝加热脱水制成 为一种极性吸附剂 由于对水分子的吸附能力较大 故多用于气体或液体的干燥 3 硅胶一种亲水性吸附剂 硅胶是无定形多孔水合二氧化硅 多用于气体或液体的脱水 常用吸附剂 4 活性炭由动物骨骼 煤 椰壳 核桃壳或木材等经炭化 活化后制成 为非极性吸附剂 具有疏水性 可用于溶剂蒸气的回收 油品和糖液的脱色 水的净化以及气体的脱臭等 5 分子筛能选择性地让尺寸小于孔径的分子进入微孔 起到筛选分子的作用 常见的分子筛有天然沸石和上百种合成沸石 具有较高的化学稳定性和吸附选择性 属于强极性吸附剂 多用于气体或液体的干燥和精制 混合物的吸附分离等 常用吸附剂 吸附分离设备 接触式吸附器 固定床吸附器 吸附分离设备 膜分离一般是指利用膜 Membrane 对流体混合物中不同组分的选择性渗透的特点来分离流体混合物的操作过程 膜分离 1 分散得很细的固体 特别是与液体密度相近 胶状的可压缩的固体微粒 2 低分子量的不挥发的有机物 药物与溶解的盐类 3 对温度 酸碱度等物理化学条件特别敏感的生物物质 膜分离的应用领域 涉及气体分离 水溶液分离 生化产品的分离与纯化等操作的食品和饮料加工过程 工业污水处理 大规模空气分离 湿法冶金 气体和液体燃料的生产及石油化工制品的生产等 常见的膜分离过程 膜的分类 膜的材质与种类 膜的材质与种类 膜的分离性能参数 除了描述膜结构中如孔径分布 最大孔径等孔的特性参数以外 其分离性能主要用膜的分离因素和膜的通量来表示 截留系数R Cf 料液中某组分的浓度 Cp 透过液中该组分的浓度 R 该组分的截留系数 名义分子量分割 是指R 0 95那种组分的分子量 表示分子量大于或等于MWCO的分子基本上都能够被截留 膜分离的原理大多为对不同的微粒的选择透过 故分离效率通常都很高 相对于蒸馏等分离过程 膜分离的分离系数要大得多 膜分离过程的特点 分离效率高 膜分离过程中 被分离的物质大都不发生相变 与蒸发 蒸馏相比 操作所需能耗很小 能耗低 膜分离设备本身没有运动部件 且操作温度和压力不高 操作的可靠性主要取决于膜的性能 膜分离过程的操作十分简便 从启动到得到产品所需时间较短 故可以频繁地启停 可靠性 膜分离设备的性能不受处理量大小的影响 即单位生产能力与分离效率 设备单价及操作费用关系不大 规模可任意变化 限制膜分离过程广泛使用的一个重要因素 膜污染使膜的透过速率不断降低 且使低分子量溶质 盐 的截留率增加 而最终使流动通道堵塞 所以制造不易发生膜污染的分离膜是非常重要的 膜污染 膜被压实 从而使膜的通道减少 反渗透过程中 由于操作压差较大 故这一因素的影响较为明显 膜被压实本不是真正意义上的膜污染 但因其与膜污染有同样的效果 故也归于此 膜孔的有效直径因被某些溶质阻塞而减小 或部分孔道被完全堵塞 膜表面附着一层凝胶层 形成原因 膜污染 解决方法 选好膜的种类 考虑包括亲水性 荷电性 膜孔结构 必要时可对膜表面进行改性 选择适宜的膜组件 以保持较好的流动状态 流速适当大 对料液进行必要的预处理 例如预过滤 预灭菌及调节适当的pH值等 适时清洗 可以进行反冲 backflush 和化学清洗 无机酸 有机酸 螯合剂 但应注意频繁的清洗会影响膜的寿命 外加场控制 如电场 离心力场和超声场 假设溶液透过膜的过程可视为流体以层流的方式通过曲折的毛细管的流动 其处理方式与过滤相似 对微滤 超滤等过程可用此模型 膜内传质的模型 流体流动模型 气体分子运动平均自由程大于毛细管管径 则气体分子的扩散阻力取于分子与管壁之间的碰撞 Knudsen扩散 气体膜分离可用此模型 微孔扩散模型 水优先吸附在亲水性膜的外表面并与膜中的内表面形成结合水 这类结合水不溶解盐粒子 阻碍水合离子通过 此模型用于反渗透过程 细毛细管模型 溶质先溶解 或吸附 在原料一侧膜表面 然后以扩散的方式通过膜 在膜另一侧表面解吸 可用于通过致密均质膜的传质过程 不要求致密层是有孔的 溶解 扩散模型 膜分离过程 反渗透 ReverseOsmosis 渗透现象 即纯溶剂通过半透膜由纯溶剂一侧向溶液一侧的自发流动过程 渗透压 渗透过程达平衡时半透膜两侧形成的压差 反渗透 在浓溶液一侧加压 使膜两侧的压差大于溶液的渗透压 p 溶剂从溶液一侧向纯溶剂一侧液流动 反渗透 机理 反渗透膜 主要为两大类 醋酸纤维素膜 如醋酸纤维素 三醋酸纤维素共混不对称膜和三醋酸纤维素中空纤维膜 和芳香族聚酰胺膜 如芳香族聚酰胺复合膜和芳香族聚酰胺中空纤维膜 从结构上又可分为非对称膜和复合膜 但无论哪种反渗透膜 其制膜材料必须是亲水性的 反渗透膜的基本性能包括透水率 透盐率和抗压实性等 反渗透膜过程的推动力为压力差 反渗透膜截留溶质并非靠膜的筛分作用 而是靠膜对溶质和溶剂的亲和力差异 就其分离机理而言 尚存在无孔机理与有孔机理之争 反渗透过程中膜材料与被分离介质间的化学特性比膜的结构形态更为重要 浓差极化 随着反渗透过程的进行 溶剂不断地从高浓度一侧渗透到低浓度一侧 而溶质则被膜截留 使膜表面的溶质浓度高于溶液主体浓度 在膜表面附近形成一溶质的浓度梯度 该现象被称为浓差极化 反渗透 溶剂 水 的透过速率 Jw 溶剂的透过速率 kmol m2 s A 纯溶剂 水 的透过系数 kmol m2 s Pa p 膜两侧的压差 Pa 膜两侧溶液的渗透压之差 Pa 溶剂 水 的透过速率即单位时间单位膜面积的水透过量 与膜的性质和结构 如厚度 化学成分和空隙率等 及系统条件 如温度 膜两侧的压差和溶液浓度等 有关 反渗透 溶质 盐 的透过速率 Js 溶质的透过速率 kmol m2 s B 溶质的透过系数 m s c3 c2 分别为膜两侧的浓度 kmol m3 总透过速率 Js和Jw比值的大小代表分离效果的好坏 比值越小则分离效果越好 由于膜两侧溶液存在浓度差 故少量溶质也会扩散透过膜 溶质的透过速率可表示为 反渗透 微孔过滤 原理 压力差的作用下 利用膜的孔径的大小对微粒进行机械筛分和截留 而吸附截留的作用相对较小 常用的膜是醋酸纤维素和硝酸纤维素等混合组成 其它商业化膜有再生纤维素膜 聚氯乙烯膜 聚酰胺膜和陶瓷膜等 工业上主要用于无菌液体 超纯水的生产和空气过滤 超滤 原理 溶液在压力差的作用下 溶剂和小于膜孔径的溶质由膜透过 而大于膜孔径的溶质则被截留 从而达到溶液的净化 分离和浓缩 超滤与微滤的不同之处在于能截留溶解的大分子 与反渗透的不同之处在于所截留的大多为大分子溶质 超